摘要：现有脉冲射流发生工具存在脉冲强度沿程损耗大、提速效果不明显的问题。为此,研制了一种新型井底交变流场提速工具。该工具主要由叶轮式动力机构和盘阀式脉冲发生机构组成,通过将脉冲发生机构放入钻头内部的方法来减少脉冲强度沿程损耗。采用室内试验方法对其脉冲特性进行研究。研究结果表明:叶轮倾角的增大会提高叶轮转速;随排量的增加,叶轮转速先趋于线性增加,最终稳定在500~600 r/min,当盘阀孔数为2、3、4时,对应的脉冲频率分别稳定在20、30、40 Hz左右,当排量为23 L/s时,工具压耗最大为0.6 MPa,压力波动幅值最大1.6 MPa,且脉动幅值随盘阀孔数减少而增大。最后对井底交变流场提速工具结构参数进行了优选,即动力机构优选叶片倾角为30°的叶轮,脉冲发生机构优选2扇形孔盘阀。研究结果可为井底交变流场提速工具及相似工具的优化设计提供依据。

摘要：为解决常规钻杆采用双吊卡起下钻劳动强度大、气动卡瓦起下钻时卡瓦牙易咬伤钻杆本体,严重缩短钻杆寿命等问题,在常规钻杆基础上进行了优化设计。主要在钻杆母接头扣吊卡处的下方设计一个凸台,改变坐气动卡瓦时钻杆本体受力方向。通过仿真模拟计算建模、边界条件设定及凸台所受应力分析等,掌握了凸台长度、外径与所受应力关系,优化设计出特殊结构钻杆。通过气动卡瓦无牙板动力卡盘设计,消除了卡瓦牙对钻杆本体的伤害,可有效延长钻杆使用寿命。现场应用表明,使用特殊结构钻杆,配合新型气动卡瓦,在同等工况下,起下钻作业时间节约10%以上,钻杆寿命提高50%以上。

摘要：为了最大限度地发挥脉冲式井底交变流场提速工具的性能,采用数值模拟的方法对与提速工具配套的PDC钻头进行研究,模拟钻井液通过其产生的井底交变流场,研究了钻头刀翼类型、刀翼数量和喷嘴数量对钻井液井底冲击力和井底清岩效果的影响,并对钻头结构进行了优选。研究结果表明:螺旋刀翼、7喷嘴、6刀翼钻头产生的脉冲射流具有较高的平均静压冲击力和井底冲击力振幅;6直刀翼6喷嘴钻头对应的井底动压冲击力波动最大,达到7.0 kN以上,5直刀翼7喷嘴钻头对应的井底静压冲击力波动最大,为2.8 k N;5直刀翼5喷嘴钻头的清岩效果最好,其产生的井底最小岩屑质量浓度和平均岩屑质量浓度最低,且井底岩屑质量浓度的波动幅值最大,达到1.6 kg/m^3;对于软到中硬地层,配合使用脉冲式井底交变流场提速工具,选择5直刀翼5喷嘴PDC钻头清岩和携岩效果较好;对于硬地层,选用6直刀翼6喷嘴PDC钻头提速效果较好。所得结论可为脉冲射流钻井提速工具配套PDC钻头结构设计及应用提供参考。